Karton, Druck und Packstoffoberfläche im Labor: Rillung, Druckbild und Beschichtung mikroskopisch bewerten

Ein Karton, der auf der Anlage nicht sauber knickt, ein Druck, der auf einer Kartoncharge nicht hält, eine Beschichtung, die sich vom neuen Packstoff löst: Solche Fragen landen im Labor des Verarbeiters, und die Ursache ist selten mit bloßem Auge zu sehen. Gefragt ist, wie Rillung, Prägung, Rasterpunkt oder Oberfläche am Muster tatsächlich aussehen, und zwar so, dass sich ein gutes und ein auffälliges Muster vergleichen lassen.

Dieser Beitrag richtet sich an Labor und Qualitätssicherung bei Herstellern von Faltschachteln, Getränkekartons und Wellpappe, bei Etiketten-, Folien- und Kartondruckereien, bei Druckfarbenherstellern und an die Packstoffentwicklung von Lebensmittel- und Konsumgüterherstellern. Die beschriebenen Fälle sind Anfragen, Vorführungen an Mustern und Aufgaben, die Labore heute bearbeiten. Fremdkörper, Löcher und Haftungsfehler an der fertigen Packung behandelt der Beitrag zur Mikroskopie im Verpackungslabor.

Wichtige Punkte im Überblick

Bei einer Vorführung mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-7000 entstanden an Karton erste Aufnahmen der Knickkanten in 3D, weitere Muster sollen folgen.
Papierqualitäten wie Frischfaser und Recyclingpapier werden mit Schatteneffekt-Modus und Flächenmessung im Bild verglichen, die Einordnung trifft das Labor anhand eigener Referenzmuster.
Rasterpunkte lassen sich laut den Anwendungsbeispielen zum Digitalmikroskop mit der automatischen Flächenmessung messen, so werden Druckabweichungen quantifizierbar.
Eine Prägung, ein Lackauftrag oder ein Fehldruck ist in der Draufsicht eine Fläche, in 3D eine Höhe, erst das Höhenprofil zeigt die Flanke der Prägung oder den Auftrag des Lacks.
Bei einem Delaminationsproblem vergleicht eine Verpackungsforschung die Oberfläche eines Packstoffs vor und nach Vorbeschichtung und Beschichtung, bei einer Vorführung ging es um Rauheitsmessung und den Vergleich von Oberflächen.

Wenn der Karton nicht sauber knickt: Rillung, Knickkante und Prägung am Muster messen

Warum geht eine Verpackung nicht sauber über die Anlage, warum passt ein Prüfergebnis nicht, warum ist ein Muster schlechter als das andere? Mit diesen Fragen beschreibt das Labor eines Herstellers von Faltschachteln und Folienverpackungen für Konsumgüter seine Aufgaben: Knickkanten in 3D darstellen, den Karton hochkant stellen und beobachten, wie sich seine Lagen verhalten, 2D-Maße über einen größeren Bereich aufnehmen und die Höhe des Drucks auf Folie messen. Ein Gerät zur optischen Untersuchung gab es dort bisher nicht. Bei einer Vorführung mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-7000 entstanden erste Aufnahmen, weitere Muster sollen folgen.

Ein weiteres Labor, das Verpackungspappe prüft, nennt ähnliche Anforderungen: die Rillungstiefe in 2D aus einem Blickwinkel von 90 Grad messen, die Struktur der Verpackungspappe analysieren und größere Bereiche als 3D-Panorama zusammensetzen.

Bei einem Hersteller von Getränkekartons wurden bei einer Vorführung Knicklinien in 2D und 3D aufgenommen und Prägungen geprüft. Im selben Gespräch ging es um Risse an Stanzwerkzeugen, die zu Fehlern an der Verpackungsoberfläche führen können. Das Werkzeug selbst ist eine Verschleißfrage am Metall; am Karton zählt, ob Knicklinie und Prägung so aussehen wie vorgesehen.

Für die Rillung lohnt es, dieselbe Stelle an einem unauffälligen und an einem auffälligen Karton aufzunehmen: Tiefe und Breite der Rille, die Form der Knickkante nach dem Falten und die Frage, ob die Deckschicht an der Kante aufreißt. Ein Panorama über die ganze Rillung zeigt, ob ein Befund örtlich bleibt oder entlang der Linie wiederkehrt.

Faltschachtel und Wellpappe: Oberfläche und Papierqualitäten im Bild vergleichen

Für Faltschachteln von Körperpflegeprodukten fragt eine Qualitätssicherung nach Rauheit und 3D-Scan der Kartonage, für die bisher keine Messmittel bereitstanden. Bei einer Vorführung des 3D-Profilometers der Modellreihe VR-6000 gefielen beide Aufgaben sehr gut.

Ein Hersteller von Wellpappe, Kartonagen und Verkaufsdisplays prüft Papier und Wellpappe im Labor mit speziellen Geräten, etwa für Belastbarkeit und Dicke. Ein Mikroskop gehörte nicht dazu. Ein Thema ist dort die Unterscheidung von Frischfaser und Recyclingpapier. Bei einer Vorführung gefielen der optische Schatteneffekt-Modus des Digitalmikroskops und die Flächenmessung, um Papierqualitäten voneinander zu unterscheiden.

Die Einordnung als Frischfaser oder Recyclingpapier trifft das Labor selbst, anhand eigener Vergleichsmuster. Eine Funktion, die den Fasertyp erkennt, ist damit nicht beschrieben. Hilfreich ist, Muster bekannter Herkunft unter gleicher Beleuchtung und Vergrößerung als Referenz abzulegen, damit neue Chargen gegen dieselben Bilder verglichen werden.

Druckpunkte und Druckabweichungen mit der Flächenmessung quantifizieren

In einer Folien- und Etikettendruckerei, die im Flexodruck bedruckt, kaschiert und veredelt, wird die Druckqualität mit Farbmesstechnik und mit dem Auge beurteilt; für die Druckpunkte hat jeder Mitarbeiter eine Lupe. Bei einer Vorführung kam vor allem die Flächenmessung für die Druckqualität gut an.

Die Anwendungsbeispiele zum Digitalmikroskop beschreiben diesen Weg: Rasterpunkte für den Offsetdruck lassen sich mit der automatischen Flächenmessung messen, und Druckabweichungen werden damit quantifizierbar. Was die Flächenmessung hinzufügt, ist die Zahl: eine Fläche je Rasterpunkt, die sich zwischen Gutmuster und Reklamationsmuster vergleichen lässt. Damit Werte aus verschiedenen Wochen vergleichbar bleiben, werden Messfeld, Beleuchtung und Vergrößerung einmal festgelegt und für alle Muster beibehalten.

Die Druckform selbst, also Klischee, Zylinder und Gravur, ist ein eigenes Thema der 3D-Messung an Druckzylindern. Hier geht es um das Druckbild auf dem Bedruckstoff.

Lackauftrag, Prägung und Fehldruck: Höhe statt Draufsicht

Eine Etikettendruckerei fragt nach einer topographischen Betrachtung: Lackauftragsmengen sichtbar machen und vergleichen, dazu Prägungen in Aluminiumfolie und Papier, deren Flanken in dokumentierten Anwendungen im Bereich um 10 µm liegen. Die Ergebnisse sind für die Kunden der Druckerei ebenso wichtig wie für ihre Lieferanten.

Ein Hersteller von Druckfarben für Verpackungsdruckereien betrachtet heute im eigenen Labor mit einem Digitalmikroskop Fehldrucke und kleine Partikel. Neben der Frage nach dem Material zählt für ihn die Struktur des Befunds.

Für beide Aufgaben gilt: Eine Prägung, ein Lackauftrag oder ein Fehldruck ist in der Draufsicht eine Fläche, in 3D eine Höhe. Erst das Höhenprofil zeigt, ob eine Prägung die vorgesehene Flanke hat, ob der Lack an einer Stelle höher aufträgt oder ob ein Partikel auf der Farbe liegt. Bei Prägungen in Aluminiumfolie kommt hinzu, dass die Oberfläche stark spiegelt; Beleuchtung und Blickwinkel beeinflussen dann, wie klar die Flanke im Bild erscheint.

Wenn der Druck auf dem Karton nicht hält: Rauheit und Strich des Papiers

Ein Hersteller von Kartonverpackungen hatte beim Bedrucken seiner Verpackungen ein Problem, dessen Ursache unklar war. Bei einer Vorführung, in der Muster mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-X1 und dem Profilometer betrachtet wurden, ergaben sich erste Hinweise, die auf Rauheit und Beschichtung des Papiers deuten. Das Digitalmikroskop kam dabei gut an, auch weil es im Labor mehrere Aufgaben abdeckt. Was aus den Hinweisen folgt, klärt das Unternehmen intern.

Für eine solche Ursachensuche ist der Vergleich das wichtigste Werkzeug: eine Kartoncharge, auf der der Druck hält, neben einer, auf der er nicht hält, mit derselben Messfläche und Vergrößerung. Unterschiede in Rauheit und Strich werden so zu einem Befund, den Kartonlieferant und Druckerei gemeinsam bewerten können.

Neue Packstoffe vor und nach der Beschichtung: Oberfläche und Haftung vergleichen

Die Verpackungsforschung eines Lebensmittelkonzerns arbeitet heute mit einem Digitalmikroskop und einem Rasterkraftmikroskop. Gesucht ist eine Rauheits- und Strukturmessung, die zwischen beiden liegt: Die Oberfläche eines Packstoffs soll vor und nach Vorbeschichtung und Beschichtung verglichen werden, weil ein Delaminationsproblem zu klären ist. Bei einer Vorführung des 3D Laserscanning-Mikroskops der Modellreihe VK-X3000 ging es um Rauheitsmessung und den Vergleich von Oberflächen. Die KEYENCE-Anwendungsbeispiele für 3D Laserscanning-Mikroskope nennen die Qualitätsanalyse des Verpackungsmaterials ausdrücklich.

Ein Hersteller flexibler Verpackungsmaterialien aus unterschiedlichen Werkstoffen legt den Schwerpunkt auf Rauheit und die Betrachtung von Beschichtungen. Bei einer Vorführung wurde an Schalenmaterial die Rauheit an der Kante gemessen.

Für Mehrwegverpackungen aus Holzfasern für den Transport will ein Entwicklungslabor aus der Oberfläche modellieren, wie die Fasern ausgerichtet sind, und die Rauheit vor und nach der Beschichtung vergleichen. Es geht ihm um die Qualität des eigenen Prozesses und um neue Verpackungslösungen. Bei einer Vorführung wurde dafür das 3D Laserscanning-Mikroskop vorgestellt. Wie dick eine Schicht im Querschnitt ist, beantwortet die Schnittanalyse an Verbundfolien; hier zählt die Oberfläche.

Der eigentliche Aufwand bei solchen Vergleichen liegt darin, dieselbe Stelle vor und nach der Beschichtung wiederzufinden. Eine Markierung am Muster und eine feste Ausrichtung auf dem Tisch erleichtern das.

Gleiten und Kleben: was die Oberfläche einer Folie über ihr Verhalten verrät

Ein Folienhersteller untersucht Klebrigkeit und Rauheit seiner Folien im Vergleich mit anderen Folien, weil sich die eigenen im Verhalten unterscheiden. Bei einer Vorführung kam das 3D Laserscanning-Mikroskop für diese Aufgabe gut an. Eine Anfrage aus einem anderen Labor gilt der flächigen Rauheitsmessung an Verpackungsmaterial für Obst mit dem Profilometer.

Ob eine Folie gleitet oder klebt, hängt nicht allein an der Rauheit. Sie macht aber sichtbar, ob sich zwei Folien an der Oberfläche unterscheiden, bevor Reibwert- oder Maschinenversuche folgen. Eine flächige Messung zeigt dabei mehr als eine einzelne Linie, weil Struktur und Richtung der Oberfläche mit in das Bild kommen.

Häufige Fragen

F Lässt sich die Rillungstiefe an Karton mit einem Digitalmikroskop messen?

In dokumentierten Vorführungen wurden Knicklinien in 2D und 3D aufgenommen; eine Anfrage nennt die Messung der Rillungstiefe in 2D aus einem Blickwinkel von 90 Grad. Wie gut das für Ihren Karton gelingt, zeigt die Betrachtung eigener Muster.

F Erkennt das Mikroskop, ob ein Papier aus Frischfasern oder aus Recyclingpapier besteht?

Eine solche Erkennungsfunktion ist nicht beschrieben. Schatteneffekt-Modus und Flächenmessung helfen, Papierqualitäten im Bild zu vergleichen. Die Zuordnung trifft das Labor anhand eigener Referenzmuster.

F Wie werden Druckpunkte im Labor messbar?

Laut den Anwendungsbeispielen zum Digitalmikroskop lassen sich Rasterpunkte mit der automatischen Flächenmessung messen und Druckabweichungen quantifizieren. So steht für jeden Punkt eine Fläche, die sich zwischen Mustern vergleichen lässt.

F Wie grenze ich ein Druckproblem auf Karton ein?

Vergleichen Sie eine Charge, auf der der Druck hält, mit einer, auf der er nicht hält, unter gleichen Bedingungen. In einem dokumentierten Fall ergaben sich bei der Betrachtung von Mustern erste Hinweise auf Rauheit und Beschichtung des Papiers.

F Warum die Oberfläche eines Packstoffs vor und nach der Beschichtung vergleichen?

Weil Haftung und Delamination an der Grenzfläche entstehen. Wer dieselbe Stelle vor und nach Vorbeschichtung und Beschichtung misst, sieht, wie sich Rauheit und Struktur verändern, und kann das mit dem Verhalten des Packstoffs abgleichen.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Mikroskopie und Schadensanalyse in der Fertigung: Befunde im Labor klären, von der Verpackung bis zur Batteriezelle

Hauptartikel zum Thema: Mikroskopie im Verpackungslabor: Fremdkörper, Löcher und Reklamationen an Folie, Getränkekarton und Glas klären